JPH0214578A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
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- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78651—Silicon transistors
- H01L29/78654—Monocrystalline silicon transistors
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
MO3構造の電界効果トランジスタの構造に関し、
素子の微細化に伴う平面的な寸法の縮小に伴うコンダク
タンスの低下の問題を解決することを口約とし、 半導体基板上ないしは絶縁物上に形成された半導体衝立
にソース領域層およびドレイン領域層を有し、該両領域
層の間にゲート絶縁膜を介して該半導体衝立を覆うゲー
ト電極を備えた半導体装置において、前記衝立の該ゲー
ト電極部分の形状は、衝立の幅をWO衝立の高さをWイ
としたとき、w、<2Wイの関係となるようにし、さら
には前記衝立の幅WOが、反転チャネル形成時の空乏゛
jの厚さX、の2倍以下となるように構成する。
タンスの低下の問題を解決することを口約とし、 半導体基板上ないしは絶縁物上に形成された半導体衝立
にソース領域層およびドレイン領域層を有し、該両領域
層の間にゲート絶縁膜を介して該半導体衝立を覆うゲー
ト電極を備えた半導体装置において、前記衝立の該ゲー
ト電極部分の形状は、衝立の幅をWO衝立の高さをWイ
としたとき、w、<2Wイの関係となるようにし、さら
には前記衝立の幅WOが、反転チャネル形成時の空乏゛
jの厚さX、の2倍以下となるように構成する。
(産業上の利用分野〕
本発明は、MO3構造の電界効果トランジスタの構造に
関する。近年、半導体素子は従来より一層の高集積化を
要求されている。このため、素子の寸法は微小になり、
電流経路のコンダクタンスが減少する傾向にあるので、
これを増加する必要がある。
関する。近年、半導体素子は従来より一層の高集積化を
要求されている。このため、素子の寸法は微小になり、
電流経路のコンダクタンスが減少する傾向にあるので、
これを増加する必要がある。
従来のMOS F ETにおいては、バルクのウェハ上
に形成されたトランジスタのチャネルは、まったくの平
面であった。
に形成されたトランジスタのチャネルは、まったくの平
面であった。
従来例として、第5A図に素子の斜視図を、またそのa
−a′線断面図を第5B図に示す。図中、半導体基板3
のt色縁膜2上に形成されたシリコン、% l (S
OT : 5ilicon On In5ulato
r)を活性領域とし、ゲート絶縁膜4を介してゲート電
極5が形成されている。このSol構造においても、通
常シリコン島1の幅WOはSO■のシリコン島の厚さW
8 (約0.5μm)に比べて蟲かに大きいので、シリ
コン島1の上面がチャネル領域の殆どを担っていた。
−a′線断面図を第5B図に示す。図中、半導体基板3
のt色縁膜2上に形成されたシリコン、% l (S
OT : 5ilicon On In5ulato
r)を活性領域とし、ゲート絶縁膜4を介してゲート電
極5が形成されている。このSol構造においても、通
常シリコン島1の幅WOはSO■のシリコン島の厚さW
8 (約0.5μm)に比べて蟲かに大きいので、シリ
コン島1の上面がチャネル領域の殆どを担っていた。
ところが、素子が微細になるにつれて平面の寸法は縮小
されるので、シリコン島1上部の面積は減少してしまう
。したがって、従来の素子構造では素子の微細化に伴い
、どうしてもチャネル幅WOが狭くなり、コンダクタン
スが低下するといった問題点を避けることができない。
されるので、シリコン島1上部の面積は減少してしまう
。したがって、従来の素子構造では素子の微細化に伴い
、どうしてもチャネル幅WOが狭くなり、コンダクタン
スが低下するといった問題点を避けることができない。
一つの解決策として、第6図に示すMO3型FET (
XMO3,特開昭62−277747)においては、シ
リコン活性層10を上下のゲート電極5および6で挟み
、シリコン活性層上部のチャネル7に加えて下部にもチ
ャネル8を生ぜしめて電流経路を増やすという方法がと
られている。しかし、この構造においても、上部チャネ
ル1[酒の減少に伴って下部チャネルの幅も狭まるので
、コンダクタンスの低下を避ける方式としては限界があ
るといった問題が生じていた。
XMO3,特開昭62−277747)においては、シ
リコン活性層10を上下のゲート電極5および6で挟み
、シリコン活性層上部のチャネル7に加えて下部にもチ
ャネル8を生ぜしめて電流経路を増やすという方法がと
られている。しかし、この構造においても、上部チャネ
ル1[酒の減少に伴って下部チャネルの幅も狭まるので
、コンダクタンスの低下を避ける方式としては限界があ
るといった問題が生じていた。
以上のように、従来の半4体素子においては、素子の微
細化に伴い、どうしてもチャネル幅WOが狭くなり、コ
ンダクタンスが低下するといっな問題点を生じていた。
細化に伴い、どうしてもチャネル幅WOが狭くなり、コ
ンダクタンスが低下するといっな問題点を生じていた。
そこで本発明は、この素子の微細化に伴う平面的な寸法
の縮小に伴うコンダクタンスの低下の問題を解決するこ
とを目的とするものである。
の縮小に伴うコンダクタンスの低下の問題を解決するこ
とを目的とするものである。
第1図は本発明の原理説明図である1図中、結晶化シリ
コン島の一部のシリコンの衝立1′が形成されており、
2は絶縁膜、3はシリコン基板であり、Sol構造をな
している。シリコンの衝立1゛の外部はゲート絶縁膜4
を介してゲート電極5に包まれている。1′の衝立の両
側(紙面に垂、σ方向)にはソース領域】およびドレイ
ン領域層が形成さ机ている。
コン島の一部のシリコンの衝立1′が形成されており、
2は絶縁膜、3はシリコン基板であり、Sol構造をな
している。シリコンの衝立1゛の外部はゲート絶縁膜4
を介してゲート電極5に包まれている。1′の衝立の両
側(紙面に垂、σ方向)にはソース領域】およびドレイ
ン領域層が形成さ机ている。
ここでゲート′ユ瘉下部のシリコンの衝立1゛の寸法は
、 w。<2wイ ・・−(1’)弐 を満足するようにする。
、 w。<2wイ ・・−(1’)弐 を満足するようにする。
ここにWHはシリコンの衝立1°の幅、WIIはシリコ
ンの衝立l°の高さである。
ンの衝立l°の高さである。
さらに、本発明構成において、xdを衝立1の不純物4
度によって定まる最大空乏層幅であるとするとき、 W o < 2 x 4 ・−−−−−(2)式の条件
を満たすようにすると、ショートチャネル効果を防止す
ることが可能となる。
度によって定まる最大空乏層幅であるとするとき、 W o < 2 x 4 ・−−−−−(2)式の条件
を満たすようにすると、ショートチャネル効果を防止す
ることが可能となる。
本発明では第1図の如<WNの方がWHより長くなって
おり、チャネルはシリコンの衝立の上面よりも両側壁に
より広く形成される。全チャネル幅Wは、 W=W o↓2 W、 −(3)弐 で表されるから、W o < 2 W sの条件が満た
されれば側壁のチャネルの方が優勢になり、チャネルコ
ンダクタンスを増大することが可能になる。また、WH
が最大空乏層幅x、の2倍より短ければ、反転チャネル
が側壁に形成された時にはシリコンの衝立内部が全て空
乏層になるので、ドレイン領域層から発する電気力線は
ゲート下部に進入りない。よってチャネル電流は常にゲ
ートTl圧によって制御されることになり、したがって
、いわゆるショートチャネル効果は発生しないことにな
る。
おり、チャネルはシリコンの衝立の上面よりも両側壁に
より広く形成される。全チャネル幅Wは、 W=W o↓2 W、 −(3)弐 で表されるから、W o < 2 W sの条件が満た
されれば側壁のチャネルの方が優勢になり、チャネルコ
ンダクタンスを増大することが可能になる。また、WH
が最大空乏層幅x、の2倍より短ければ、反転チャネル
が側壁に形成された時にはシリコンの衝立内部が全て空
乏層になるので、ドレイン領域層から発する電気力線は
ゲート下部に進入りない。よってチャネル電流は常にゲ
ートTl圧によって制御されることになり、したがって
、いわゆるショートチャネル効果は発生しないことにな
る。
(実施例〕
第2図は本発明の第一の実施例の斜視図で、S○I構造
に適用した例である。図中、a a’線断面図が先の
第1図に相当する。
に適用した例である。図中、a a’線断面図が先の
第1図に相当する。
第2図において、シリコン基板上に形成した絶1112
2上に結晶化シリコン島1が形成され、その中央のシリ
コンの衝立部分の外部はゲート絶縁膜(第1図の4)を
介してゲート電掻5に包まれている。1の結晶化シリコ
ン島にはソース領域層Sおよびドレイン領域層りが形成
されている。ゲート1マ極下部の結晶化シリコン島、す
なわちシリコンの衝立の寸法は、先の(1)式の条件、
w、<2w。
2上に結晶化シリコン島1が形成され、その中央のシリ
コンの衝立部分の外部はゲート絶縁膜(第1図の4)を
介してゲート電掻5に包まれている。1の結晶化シリコ
ン島にはソース領域層Sおよびドレイン領域層りが形成
されている。ゲート1マ極下部の結晶化シリコン島、す
なわちシリコンの衝立の寸法は、先の(1)式の条件、
w、<2w。
を満足するようにしてあり、−例として、WH =0.
1 μm、Wl+ =0.4〜0.5μmとし、ゲート
M h下部のチャネル形成部分のシリコンの衝立の不純
物濃度N。” 3 X 10 ”cm−”とした。そし
て、実際このような微細な素子構造においてもチャネル
コンダクタンスが低減しないことを確認した。
1 μm、Wl+ =0.4〜0.5μmとし、ゲート
M h下部のチャネル形成部分のシリコンの衝立の不純
物濃度N。” 3 X 10 ”cm−”とした。そし
て、実際このような微細な素子構造においてもチャネル
コンダクタンスが低減しないことを確認した。
製造工程の概括を以下に示す。
(1)絶縁基板上に結晶化シリコンを堆積してSol構
造をつくる。1例として、シリコン基板を熱酸化して厚
さ1.0μmの絶縁膜2を形成する。絶縁膜2上にポリ
シリコンを0.5μm堆積した後にレーザ光を照射して
溶融再結晶化させる。
造をつくる。1例として、シリコン基板を熱酸化して厚
さ1.0μmの絶縁膜2を形成する。絶縁膜2上にポリ
シリコンを0.5μm堆積した後にレーザ光を照射して
溶融再結晶化させる。
(2)電子線の直接描画法によって、Sol基板上にシ
リコン島のレジストパターンを形成した後に、異方性エ
ツチング(Br、+He混合ガス)により結晶化シリコ
ン島(N−型)1を形成する。
リコン島のレジストパターンを形成した後に、異方性エ
ツチング(Br、+He混合ガス)により結晶化シリコ
ン島(N−型)1を形成する。
(31M CI酸化を施して厚さ100人のゲート絶縁
膜4を形成した後に、厚さ0.5μmのポリシリコンを
堆積してゲート電極5を形成する。
膜4を形成した後に、厚さ0.5μmのポリシリコンを
堆積してゲート電極5を形成する。
(4)ソース、ドレイン領域にイオン注入を行いソース
領域MSおよびドレイン領域層りを形成する。
領域MSおよびドレイン領域層りを形成する。
ここでは、pチャネル型であり、BF、のイオン注入を
2 X 10 ”cffi−” 40 K e vの
条件で行ってP型頭域を形成した。
2 X 10 ”cffi−” 40 K e vの
条件で行ってP型頭域を形成した。
第3図は本発明の第二の実施例の斜視図であり、やはり
SOr構造のMOS F ETを示している。
SOr構造のMOS F ETを示している。
図中、記号は先の例と統一して使用しており同一部分に
同一記号を付している。第2図の構造を三つ並列に組み
合わせた構造をしており、実効的なチャネル幅Wは、 W−6W、+3WO となる。
同一記号を付している。第2図の構造を三つ並列に組み
合わせた構造をしており、実効的なチャネル幅Wは、 W−6W、+3WO となる。
すなわち、シリコン島の衝立1゛の数の倍数でチャネル
が形成される面積が増加するので、全体とじて十分な電
流経路を確保することができる。
が形成される面積が増加するので、全体とじて十分な電
流経路を確保することができる。
これまでの例は本発明をS OI 構造に通用した例で
あったが、半導体バルクに本発明を適用した例を第4図
の第三の実施例に示す。
あったが、半導体バルクに本発明を適用した例を第4図
の第三の実施例に示す。
n型シリコン基板3′に窪みを掘り込んで二つの溝を形
成し、チャネル部分になるべきソリコンの衝立l“を形
成する。衝立1′の中央部はゲート領域になり、両側部
にソース領域層S、ドレイン領域層りが形成される。こ
れらの領域の分離は、垂直イオン注入で溝の底部にチャ
ネルカット層をつくることにより行う。−例として、燐
cP〕のイオン注入を3 X 10 ”clM−2程度
に行う。
成し、チャネル部分になるべきソリコンの衝立l“を形
成する。衝立1′の中央部はゲート領域になり、両側部
にソース領域層S、ドレイン領域層りが形成される。こ
れらの領域の分離は、垂直イオン注入で溝の底部にチャ
ネルカット層をつくることにより行う。−例として、燐
cP〕のイオン注入を3 X 10 ”clM−2程度
に行う。
全面をゲート酸化した後に(ゲート絶縁膜4“)ゲート
1掻用のポリシリコンを堆積して、ゲート電極5°を形
成する。その後、斜めイオン注入法によって衝立1°の
側壁にソース領域層S、ドレイン領域層りをゲート電極
5゛をマスクとして自己整合的に形成する。
1掻用のポリシリコンを堆積して、ゲート電極5°を形
成する。その後、斜めイオン注入法によって衝立1°の
側壁にソース領域層S、ドレイン領域層りをゲート電極
5゛をマスクとして自己整合的に形成する。
以上、本発明についてpチャネルトランジスタの例で説
明したが、同様にnチャネルトランジスタに適用でき、
さらに特許請求の範囲内において種々変更可能なことも
らろんである。
明したが、同様にnチャネルトランジスタに適用でき、
さらに特許請求の範囲内において種々変更可能なことも
らろんである。
以上説明したように、本発明によれば、素子の微細化に
伴う平面的なチャネル幅の減少は、衝立の側壁を積橿的
にチャネルにすることによって補償することができ、コ
ンダクタンスの増加を図ることが可能になる。さらには
チャネル長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下する
という、所謂ショートチャネル効果を抑制することも可
能になる。したがって本発明は微細半導体素子の性能向
上に寄与するところが大である。
伴う平面的なチャネル幅の減少は、衝立の側壁を積橿的
にチャネルにすることによって補償することができ、コ
ンダクタンスの増加を図ることが可能になる。さらには
チャネル長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下する
という、所謂ショートチャネル効果を抑制することも可
能になる。したがって本発明は微細半導体素子の性能向
上に寄与するところが大である。
第1図は本発明の原理説明図、
第2図は本発明の第一の実施例の斜視図、第3図は本発
明の第二の実施例の斜視図、第4図は本発明の第三の実
施例の斜視図、第5A図は従来例の斜視図、第5B図は
従来例の要部断面図、 第6図は他の従来例の要部断面図である。 主な符号 ■は(結晶化)シリコン島 1゛は(シリコンの)衝立 2は絶縁膜 3.3゛は半導体基板 4.4°はゲート絶縁膜 はゲー ト′11極
明の第二の実施例の斜視図、第4図は本発明の第三の実
施例の斜視図、第5A図は従来例の斜視図、第5B図は
従来例の要部断面図、 第6図は他の従来例の要部断面図である。 主な符号 ■は(結晶化)シリコン島 1゛は(シリコンの)衝立 2は絶縁膜 3.3゛は半導体基板 4.4°はゲート絶縁膜 はゲー ト′11極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上ないしは絶縁物上に形成された半導体
衝立にソース領域層およびドレイン領域層を有し、該両
領域層の間にゲート絶縁膜を介して該半導体衝立を覆う
ゲート電極を備えた半導体装置において、 前記衝立の該ゲート電極部分の形状は、衝立の幅をW_
O衝立の高さをW_Hとしたとき、W_O<2W_H となるように構成されてなることを特徴とする半導体装
置。 2、請求項1記載の半導体装置に於いて、 前記衝立の幅W_Oが、反転チャネル形成時の空乏層の
厚さx_dの2倍以下であることを特徴とする半導体装
置。
Priority Applications (2)
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